根据我国188 个夏玉米农业气象观测站资料与1971-2000 年10 km×10 km空间分辨率的气候资料,结合国家层次和年尺度筛选出的影响我国玉米种植分布的潜在气候指标,利用最大熵(MaxEnt) 模型和ArcGIS空间分析技术,构建了我国夏玉米潜在种植分布与气候因子关系模型,研究了影响我国夏玉米潜在种植分布的主导气候因子及其气候适宜性。结果表明,影响我国夏玉米潜在种植分布的主导气候因子有：无霜期、年平均温度、≥ 10 oC积温持续天数、≥ 0 oC积温、≥ 10 oC积温、最冷月平均温度、最热月平均温度、年降水；采用夏玉米存在概率这一综合反映各主导因子作用的指标,将我国夏玉米潜在种植分布区划分为4 个等级：最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区,并阐述了各气候适宜区的气候特征。研究结果可为夏玉米种植的科学布局及制定应对气候变化政策提供参考。 利用青海三江源地区12 个气象站1961-2010 年月气温资料及滑动平均、线性倾向估计、样条函数插值、Mann-Kendal 检验等方法对气温变化的分析结果表明：(1) 青海三江源地区及3个源区年、四季平均气温出现多次冷暖波动过程,但在统计意义上均呈显著增温趋势,2001年以后增温明显。其中,春、夏、秋季和全年平均气温从20 世纪90 年代以后增温显著,而冬季在进入21 世纪后增温极为显著。除春季外,青海三江源地区及3 个源区年、四季气温标准值逐渐增加,并以冬季气温标准值增加最为显著；(2) 青海三江源地区年平均气温倾向率为0.36 oC 10a ^-1 ,澜沧江源区与黄河源区增温幅度相同(0.37 oC 10a ^-1 ),而长江源区增温幅度相对较小(0.34 oC 10a ^-1 ),整个青海三江源地区显著增温区域出现在玉树南部及囊谦北部,并且冬季和秋季增温幅度要大于春季和夏季；(3) 青海三江源地区、澜沧江源区和长江源区的年、夏、秋、冬季以及黄河源区夏、秋季平均气温均发生了突变。其中,年、夏季平均气温突变主要发生20 世纪90 年代中后期,秋季平均气温主要在90 年代前期,而冬季平均气温主要发生21 世纪初；(4) 全球气候变暖背景下,青藏高原不同地区海拔高度和下垫面的差异是导致青海三江源地区增温幅度较大的主要原因。 利用青藏高原(以下简称高原) 近30 年(1979-2008 年) 14 个探空站的温度和湿度观测资料以及83 个地面台站的月平均降水资料,分析了高原夏季上空水汽含量与地面降水的联系以及高原地区的降水转化率问题。结果表明：1) 高原夏季水汽含量在空间分布上表现出随海拔高度增高而减少的特征,其中东北部为最大值,东南部为次大值,而西北部为最小值。夏季降水整体上由东南向西北递减；2) EOF分解表明,高原夏季水汽含量存在两种主要的空间分布型：即全区一致变化型和南北反向变化型,其中以唐古拉山脉北侧为界呈现出的水汽含量南北反向型与降水的第一特征向量场表现出的南北反向型在空间分布上十分相似；3) 在年际变化上,高原夏季水汽含量的南北反向型与降水的南北反向型之间存在较一致的对应关系：即水汽含量出现南多北少时,高原南部降水普遍偏多而北部降水普遍偏少,反之亦然；4) 高原夏季平均降水转化率在3%~38%之间,其空间差异非常明显,高原南部降水转化率明显大于北部地区。 以南方地区及全国的冬季与1 月气温观测记录为基础,采用事件发生概率密度函数小于10%的标准确定1951 年以来的极端冷冬事件；根据历史文献中的寒冷事件及其灾害影响记载,采用古今极端冷冬事件影响程度对比的方法建立了1600-2010 年间的极端冷冬事件年表。分析表明：极端冷冬发生频率存在明显的阶段性变化,其中1650-1699 年、1800-1849 年及1850-1899 年是过去400 年极端冷冬发生最为频繁的时段,其发生次数达1950-1999 年的2 倍,1600-1649 年及1900-1949 年较20 世纪后半叶略多, 而1700-1749 年及1750-1799 年则与1950-1999 年相当。此外,极端冷冬事件具有连发或隔年再发特征。同时,20 世纪50 年代以来最严重冷冬事件的寒冷程度并没有超出历史时期曾经出现过的事件。 不透水地表(Impervious Surface Area,ISA) 时空格局是城市化与全球环境变化交互影响下的土地利用/覆盖变化—生态系统过程—区域气候变化相互作用机理以及导致的环境效应研究的重要内容。如何快速准确地实现区域尺度不透水地表遥感信息的获取是上述研究面临的重要瓶颈问题。本研究嵌入中国LUCC 信息改进了基于MODIS NDVI 与夜间灯光指数(DMSP-OLS) 提取不透水地表信息的方法,反演了2000 年与2008 年京津唐城市群2 期250 m不透水地表信息,进而分析其变化的时空格局,结合子流域单元与河流污染物监测数据评价其对海河流域地表水环境的影响。结论表明：受环渤海经济区,天津滨海新区开发等政策的影响,京津唐城市群在21 世纪初8 年不透水地表沿着城—乡梯度带、城市交通廊道及海岸带高速增长。城乡建设用地不透水地表增长呈现显著的时空差异特征,由于北京市受人口-资源-环境的压力,产业发展不断向周边地区转移,天津与河北唐山、廊坊、秦皇岛三市具有更快的不透水地表增长速度。京津唐城市群城市高密度的不透水地表分布对于海河流域地表水环境产生严重影响,不透水地表的增长加剧了流域河流水质的污染程度。同时也发现,子流域不透水地表面积比例与COD、NH ₃ -N浓度均值呈现显著的线性关系。 基于地理信息系统空间分析、栅格运算与叠加方法,针对克拉玛依市土壤侵蚀、土地沙漠化、土壤盐渍化和生物多样性减少等区域自然环境演变过程中出现的生态问题,考虑油田开发这一人类活动影响因素,定量研究克拉玛依市综合生态敏感性空间特征。研究结果表明：(1) 土壤侵蚀敏感性以中、高和极高敏感性为主,高和极高敏感性分布在克拉玛依区和独山子区大部,乌尔禾区北部,白碱滩区西侧狭长区域。地形坡降迅速、水力侵蚀强、无植被或疏林地广泛分布,是土壤侵蚀敏感性较高的主要原因。(2) 土地沙漠化以中、高敏感性为主,高和极高敏感性分布在白碱滩区西部和南部,克拉玛依区北部和西部区域。土壤基质多为沙粒,且植被覆盖率较低是土地沙漠化敏感性高的主要原因。(3) 土壤盐渍化敏感性以中、高和极高等级为主,极高和高度敏感性分布在白碱滩区东南部,克拉玛依区东部和北部,以及乌尔禾区东部。蒸发量远大于降水量,人类活动剧烈,是土壤盐渍化敏感性高的主要原因。(4) 生物多样性以轻度和中度敏感性为主,高和极高敏感性分布于克拉玛依区东部和南部区域。这些区域植被生长茂盛、物种数量较为丰富,是重点生态保护区域。(5) 油田开发区域的生态敏感性高,分布在乌尔禾区北部油田,白碱滩区西部油田,克拉玛依区西北部油田和独山子区中部油田。油田开发带来的生态问题包括工业“三废”,动植物生境破坏和水资源短缺等。(6) 综合自然演化和人为开发的敏感性,研究区以高、中度敏感性为主,极高和高敏感性分布在克拉玛依区中部和北部,白碱滩区西南部区域。 地理环境系统的演化遵从热力学第二定律：系统的有序度变化与其总熵值变化反相关；当总熵变为负时,系统的有序度增大,从而有利于人类的生存与发展；反之亦然。结合前人有关地理环境熵变研究成果的分析表明：自然地理环境的自发演化是朝着有序化方向发展的；大规模人类活动对城市系统及人文地理环境的影响总体上是正面的,推动了其有序化发展；对自然地理环境的影响有正有负,正面影响表现为对低熵物质与能量的增量生产,体现在农产品增收、太阳能等新能源技术的应用和生态环境建设等方面；负面影响表现为消费与工业生产过程中对低熵物质与能量的消耗和向环境排放“三废”与散热,导致地理环境中低熵成分存量的减少和熵增扩大,已引起普遍担忧。自然地理环境“本底”演化的有序化指向和大幅增产低熵能源的技术可能性启示我们：通过引入更多低熵物质与能量和减少熵排放,可以促使地理环境的演化继续指向有序化方向。 基于复杂系统理论与Agent 模型,分别从理论与方法的角度梳理并总结了当前土地变化科学的研究进展。复杂系统理论为研究土地变化所处的“耦合的人类—自然系统”及其复杂性问题提供理论支撑；而基于Agent 的模拟作为研究复杂系统的重要工具,为传统土地变化模拟提供新的方法支持。当前,ABMs与土地变化模型相结合(ABM/LUCC),无论是模型构建还是模型应用均取得了显著进展。然而,其也存在诸多问题,尤其是理论与应用脱节,使很多建模者容易陷入“为建模而建模”的误区。此外,现有的ABM模型设计较为随意,模型间差异太大,不利于跨区域比较研究的开展。因此,虽然ABM是认识复杂系统的有效方法,但是建模之前离不开对系统复杂性的深入研究；基于Agent 的土地变化模拟的意义在于充分表达“人类—自然”系统的综合复杂关系,从而合理的预测土地变化(结构与功能) 的动态过程,解释并评价土地变化的可能影响。 以北宋暖期为研究时段,依据历史文献中有关“田亩”与“户额”的记载资料,通过对赋役、户籍、土地等制度的考证,订正了北宋中期各路耕地面积和府级人口数量；并以地面坡度、海拔高程和人口密度作为影响土地宜垦程度的主导因子,网格化重建了北宋中期境内耕地空间分布格局(60 km×60 km)。结果表明：(1) 北宋中期境内耕地约7.2 亿亩,北方占40.1%,南方占59.9%；人口数量为8720 万人,北方占38.7%,南方占61.3%；境内土地垦殖率为16.6%,人均耕地面积为8.2 亩。(2) 垦殖率较大的地区主要分布在黄淮海平原、长江中下游平原、关中平原、两湖平原以及四川盆地等,其垦殖率基本在40%以上；而岭南、西南(除成都平原外)、东南沿海和山陕黄土高原等地区垦殖率较低,其垦殖率大多小于20%。(3) 耕地分布在不同海拔高度和坡度上存在明显差异,其中低海拔(< 250m)、中海拔(250~1000 m) 和高海拔(1000~3500 m) 地区的耕地分别为4.43、2.15 和0.64 亿亩,其相应平均垦殖率为27.5%、12.6%和7.2%；而平耕地(≤ 2°)、缓坡耕地(2°~6°)、坡耕地(6°~15°) 和陡坡耕地(>15°) 的面积分别为1.16、4.56、1.44 和0.02 亿亩,其平均垦殖率分别为34.6%、20.7%、8.5%和2.3%。 格尔木河河谷中发育有四级河流阶地,均形成于末次冰盛期之后。阶地的形成由构造抬升驱动,四级阶地代表的河流下切过程反映了四次阶段性构造抬升。以三岔河和纳赤台为代表的中游河段,四次河流阶段性下切速率分别为16~13 ka BP (T4-T3),3.33~9.33 mm/a；13~11 ka BP (T3-T2),5.5~12 mm/a；11~5 ka BP (T2-T1),0.33~1 mm/a；5 ka BP (T1 至今),0.6~0.8 mm/a,下切速率自T4 至T1 先增快后减慢。上游小南川河段5 ka BP以来的平均下切速率为4 mm/a,显著大于三岔河和纳赤台河段,同期河流溯源侵蚀速率也较快,表明小南川局部地区全新世中期抬升强烈,应为西大滩断裂强烈活动所致。受区域性构造活动差异影响,格尔木河河流阶地在局部地区出现变形,其中在三岔河和最老冲积扇扇顶存在两个下切幅度和速度高峰值,而纳赤台河段下切和缓。表明控制昆仑河和野牛沟发育的昆仑河—野牛沟断裂、山前的红石沟断裂自末次冰盛期以来持续活动。其中,昆仑河—野牛沟断裂16~13 ka BP活动速率较快,到13~11 ka BP达到最快,11 ka BP后减慢,与河流中下游整体构造活动趋势一致。 借助GPS定位,采集了云南抚仙湖不同区域的7 个沉积物柱芯。通过对抚仙湖沉积物柱芯样品的放射性核素 ²¹⁰ Pb 和 ¹³⁷ Cs 测试分析,发现所有柱芯中均存在3 个公认的 ¹³⁷ Cs 计年时标(1954 年 ¹³⁷ Cs首次沉降、1963 年全球公认的 ¹³⁷ Cs最大沉降蓄积峰和1986 年前苏联切尔诺贝利核事故产生的 ¹³⁷ Cs 沉降蓄积峰),部分柱芯中存在20 世纪70 年代中期中国大气核试验形成的1975/1976 年次级蓄积峰,分析了该次级定年时标存在的合理性。借助 ²¹⁰ Pb CRS计年模式获得了抚仙湖过去百余年来的沉积年代,与 ¹³⁷ Cs 时标计年结果相比较存在一定偏差,对两种计年结果产生差异的可能原因进行了探讨。基于 ²¹⁰ Pb 和 ¹³⁷ Cs 计年结果,结合历史文献记载得出,自19 世纪中期以来,抚仙湖各个沉积物柱芯(FX6 除外) 的沉积速率变化规律具有相似性,大致可以划分为3 个阶段：A：自然演化阶段,B：人为扰动阶段,C：人为改造阶段。这种不稳定的沉积环境与抚仙湖地区相应历史时期的人类活动有密切关系,表明人类活动是影响短时间尺度下环境变化的主要驱动力。 对汉江上游郧县—郧西段一级阶地物质上堆积的黄土状覆盖层的剖面构型、粒度、矿物组合、元素分布、微形态及形成时代进行了研究,并与渭河谷地全新世黄土—古土壤序列对比。结果表明,这些“黄土状覆盖层”是晚更新世以来沙尘暴在区内连续堆积的结果,具有TS-L ₀ -S ₀ -L _t -L ₁ -AD剖面构型；这些风积物在不同时期受到了不同程度的成壤改造作用,晚更新世受到弱成壤改造→全新世中期受到强烈成壤改造→全新世晚期较弱成壤改造。汉江上游地区在晚更新世末期(11500 a BP),气候比较冷湿,沙尘暴频繁出现,形成较厚的黄土层L ₁ ；全新世初期(11500-8500 a BP),气候从冷湿向暖湿方向转变,沙尘暴活动减弱,形成了过渡黄土层位L _t ；全新世中期(8500-3000 a BP),气候达到全新世最为暖湿的阶段,沙尘暴沉积物受到强烈成壤改造而形成了古土壤S ₀ ；全新世晚期(3000 a BP以来),气候暖湿程度降低,越过秦岭的沙尘暴又明显增强,形成了近代黄土L ₀ 。 目前土壤属性的曲面建模面临两大问题,一是缺乏足够多的采样点进行模拟,二是采样点的土壤属性与环境变量间存在非线性关系。高精度曲面建模(HASM)方法在如何融合地学信息对土壤属性进行空间插值,尚需深入研究。本文提出高精度曲面建模与地学信息相结合的土壤属性空间插值方法(High accuracy surface modeling for soil properties, HASM-SP),分别基于研究区的土壤类型、土地利用类型和母岩类型,模拟了江西省典型红壤丘陵区土壤的速效磷(AP)、锂(Li)、pH、碱解氮(AN)、全钾(K) 和铬(Cr) 6 种土壤属性的空间分布。将HASM-SP与普通克立格(OK)、OK与地学信息相结合的方法(OK-Geo) 和分层克立格(SK) 相对比,结果表明：结合地学信息可以使插值方法(HASM-SP和OK-Geo) 模拟结果的平均误差更趋近于0；相对于其他3 种方法,HASM-SP具有较小的平均绝对误差和均方根误差。从模拟的空间分布图上来看,HASM-SP获得了由于地学要素类型突变导致的土壤属性空间变异的细节信息。因此,基于地学信息的土壤属性高精度曲面建模方法(HASM-SP) 与传统插值方法相比,不仅提高了土壤属性空间分布的模拟精度,还能更好地刻画突变边界处土壤属性的空间变异,使土壤属性分布图更好地符合地学规律和实际情况。HASM-SP的提出对于丰富土壤属性的高精度曲面建模理论具有重要意义,并为土壤管理、精准农业的实施以及区域环境规划等提供科学依据。